Introdução a Orientação a Objetos

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1 EVOLUÇÃO DAS TÉCNICAS DE PROGRAMAÇÃO: Introdução a Orientação a Objetos A evolução da programação de computadores é marcada por três desenvolvimentos de enorme impacto nos seus parâmetros de produtividade e qualidade: as linguagens de alto nível, na década de 60, as técnicas de programação estruturada [Dijkstra69], na década de 70 e, atualmente, as técnicas de orientação a objetos [Liskov77]. Foram as linguagens de alto nível, como Fortran e COBOL, que, ao permitir o desenvolvimento de programas portáveis entre diferentes computadores, tornaram economicamente viável o desenvolvimento de sistemas de grande porte, de vida útil superior a de várias gerações de computadores. O desenvolvimento de sistemas de grande porte, porém, passou a exigir programas cada vez maiores e mais complexos. O sucesso da programação estruturada se deve justamente por sistematizar o desenvolvimento desses programas, através de uma estratégia de divisão e conquista: cada programa é dividido em vários subprogramas, que são coordenados utilizando-se estruturas de controle de fluxo de execução simples e bem definidas (if-then-else, do-until, while-do, etc. ). PROGRAMAÇÃO BASEADA EM PROCEDIMENTOS: Aplicando as técnicas da programação estruturada a um programa para automação bancária, por exemplo, podemos dividí-lo em quatro módulos (ou subprogramas): manutenção de cadastros movimentação de caixa caixa automático relatórios para contabilidade O programa de manutenção de cadastros, por sua vez, divide-se em outros subprogramas, como cadastro de cliente, abertura de conta, alteração de dados da conta, e assim, sucessivamente, até obtermos subprogramas suficientemente simples e pequenos para serem codificados com facilidade. A figura 3.2 ilustra parte da estrutura desse programa. Esse método de estruturação através de refinamentos sucessivos [Wirth71], se caracteriza por partir de uma visão global centrada em procedimentos para solução de um problema, que é detalhada gradualmente até o nível dos comandos da linguagem de programação utilizada. Note que é criada uma hierarquia de procedimentos, com uma nítida relação de subordinação entre os subprogramas, ou seja, os subprogramas dos níveis inferiores apenas respondendo a requisições oriundas de um subprogrma de nível superior. Outro ponto importante a observar é que os dados da aplicação ficam separados dossubprogramas que os manipulam. Os níveis superiores da estrutura tendem a concentrar a maior parte dos dados, que são manipulados por diversos subprogramas dos níveis inferiores. Página 1 de 7

2 Figura 1 - Estruturação Baseada em Procedimentos ABSTRAÇÃO: Abstrair consiste no processo de retirar do domínio do problema os detalhes relevantes e representá-los não mais na linguagem do domínio, e sim na linguagem da solução. Todas as linguagens de programação fornecem abstrações. A linguagem Assembly é uma pequena abstração da máquina na qual os programas são executados; As linguagens imperativas (FORTRAN, BASIC e C) são abstrações da linguagem Assembly. Nestas linguagens, é necessário pensar em termos da estrutura do computador, ao invés de se pensar em termos da estrutura do problema a ser resolvido! O programador deve estabelecer uma associação entre o modelo da máquina (no espaço da solução) e o modelo do problema que está sendo resolvido (no espaço do problema). O esforço para fazer este mapeamento pode ser gigantesco... A programação orientada a objetos tenta trazer o espaço da solução para o espaço do problema: ambos são representados como objetos!! O programa permite se adaptar ao problema, adicionando novos tipos ao espaço da solução que mapeiam os tipos existentes no espaço do problema è Descreve-se o problema em termos do problema e não em termos da solução!! MAS O QUE SÃO OBJETOS? Um objeto possui então atributos (dados) e comportamentos (métodos, procedimentos, funções, que atuam sobre ele). Exemplos de objetos: cachorros, carros, videocassetes, edifícios, funcionários, indústrias... Um programa é um conjunto de objetos dizendo uns para os outros o que fazer através do envio de mensagens. Concretamente, pode-se pensar nas mensagens como sendo chamadas a funções que pertencem a um objeto em particular. Cada objeto tem a sua própria região de memória, que pode ser composta por outros objetos, também. Exemplo: o objeto carro pode ser composto pelos objetos lataria, rodas, motor, etc. COMPARAÇÃO COM OUTROS ENFOQUES: ANÁLISE ESTRUTURADA E FUNCIONAL: Programa é dividido em um conjunto de funções e dados As funções agem sobre os dados Cada função tem de 10 a 100 linhas Página 2 de 7

3 Decomposição funcional: força o programador a fixar atenção muito mais nos procedimentos que nos dados ENFOQUE ESTRUTURADO versus ENFOQUE ORIENTADO A OBJETOS: Estruturado: Ênfase nos procedimentos, implementados em blocos estruturados, com comunicação entre procedimentos por passagem de dados; Enfoque OO: Dados e procedimentos fazem parte de um só elemento básico (objeto). Os elementos básicos comunicam-se entre si, caracterizando a execução do programa à Dados e procedimentos ENCAPSULADOS em um só elemento. MECANISMOS BÁSICOS DA ORIENTAÇÃO A OBJETOS: OBJETO: Entidade que formaliza o modo pelo qual compreendemos algo no domínio de um problema; Em um objeto estão encapsulados os dados (atributos) e os procedimentos (serviços ou métodos) exclusivos dele. Os procedimentos são aplicáveis aos dados residentes no objeto. Exemplo 1: Objeto funcionário Abravanel dos Santos. Atributos: nome, endereço, data de admissão, identidade, CPF... Procedimentos: Consulta endereço, aumenta salário, paga comissão,... Exemplo 2: Objeto Matriz A Atributos: Linhas, colunas, elementos da matriz. Serviços: inicialização, leitura, multiplicação por um escalar, inversão, multiplicação por um vetor, etc... Um objeto possui estado, comportamento e identidade: Estado: valores de atributos Comportamento: Definido pelos métodos (como o objeto age e reage); Identidade: Aquilo que diferencia um objeto de outro CLASSES: Descrevem um conjunto de objetos semelhantes. Exemplo: Abravanel pertence à classe dos funcionários: Todos funcionários possuem nome, CPF,... Todos têm comportamento definido pelos métodos que compartilham, etc. Qual a diferença entre classes e objetos? Objeto é uma entidade concreta e a classe é uma abstração. Ex: Números inteiros, matrizes, Números complexos, automóveis, árvores, casas, cidades, países, etc... Programação: definir uma classe significa formalizar um tipo de dados e todas as operações associadas a este tipo. Declarar objetos significa criar variáveis do tipo definido. Página 3 de 7

4 Os objetos são também denominados instâncias de uma classe; Exemplo: O meu Uno Mille é uma instância da classe automóvel. Uma classe possui dados que definem suas propriedades (atributos) e os procedimentos (serviços) que devem ser executados sobre estes dados. A eles dá-se o nome de membros de uma classe. Os atributos são os dados ou informações do objeto ou da classe. Existem atributos de objetos e atributos de classe. Exemplos de atributos de objetos: Funcionário: nome, endereço, telefone, CPF,...; Carro: nome, marca, ano, cor,...; Livro: autor, editora, ano,... Atributos de classe: São menos freqüentes que os atributos de objetos. Exemplo: Funcionário: número de funcionários da loja. Serviços: Implantados como funções colocados no nível do objeto ao qual se relacionam. Mensagens: São os pedidos enviados a um objeto, afim de que ele desempenhe algum serviço. A comunicação entre objetos se faz através destas mensagens. Protocolo: é o conjunto de mensagens que um objeto suporta. Define a maneira como um objeto interage com o mundo. Define a interface do objeto. Exemplo: Lâmpada. ENCAPSULAMENTO: A idéia por trás do Encapsulamento é a de que a utilização dos objetos não deve depender de sua implementação interna, e sim de sua interface A abstração define a Interface dos objetos, ou seja, a forma como eles se relacionarão com as demais entidades do sistema. A Implementação definirá como a abstração será representada (o código). Este não deve ser visível às entidades que usarão a classe de objetos, por ser exclusivamente do interesse da própria classe. A interface não apresenta necessariamente todos os métodos de um objeto, mas somente aqueles que podem ser acessados pelo público em geral, os chamados métodos públicos. Existem métodos internos aos objetos: os métodos privados. OCULTAMENTO DA INFORMAÇÃO: Ocultamento de informação (information hiding) é o critério para modularização de programas onde cada módulo (subprograma) é caracterizado pelo conhecimento deuma decisão de projeto, que é escondida de todas as outras partes do programa, esua interface revele o mínimo possível sobre seu funcionamento interno. Página 4 de 7

5 De acordo com o princípio do ocultamento de informação, a utilização de um subprograma (ou módulo) deve exigir que se conheça apenas sua interface externa, num nível de abstração mais elevado. O encapsulamento, por sua vez, impede que as partes internas de um subprograma sejam manipuladas diretamente por outras partes do programa. Para isso é necessário o controle tanto da visibilidade como do nível de proteção, de cada elemento do programa. HERANÇA: Permite modelar uma hierarquia entre classes: classes mais especializadas (classes filhas) herdam propriedades da classe mais geral (classe pai); Pode-se compartilhar automaticamente métodos e dados entre diferentes classes, subclasses e objetos. Criar uma nova classe programando somente as diferenças desta para a classe pai. A classe filha herda a interface da classe pai, podendo substituí-la quando se espera um objeto da classe pai. Identifica-se a possibilidade de herança através da seguinte expressão típica: é um tipo de. Exemplo com classe Animal, Mamífero e Ave: Ave é um tipo de Animal; Mamífero é um tipo de Animal; Ave come, dorme, voa e botaovo; Mamífero come, dorme e mama. Uma Ave (ou um Mamífero) podem substituir Animal pois é um tipo de Animal (tem a mesma interface!). Herança múltipla: quando a classe derivada possui características herdadas de duas ou mais classes base. Exemplo: sistema com interface gráfica associada à manipulação de uma base de dados. Biblioteca gráfica + biblioteca de manipulação de bancos de dados, baseadas em classes: classes do nosso programa construídas herdando as características de interesse das classes de ambas bibliotecas. A herança é uma das responsáveis pela facilidade de reaproveitamento de código da POO. Precisamos fazer uma implementação semelhante a uma anterior: derivamos uma classe, programando as diferenças e reaproveitando o código útil da classe base. Página 5 de 7

6 POLIMORFISMO: O que possui várias formas. Propriedade de se usar o mesmo nome para métodos diferentes, implementados em diferentes níveis de uma hierarquia de classes. Para cada classe, tem-se um comportamento específico para o método. Exemplo: Método draw para hierarquia de objetos gráficos. O polimorfismo é um dos responsáveis pela facilidade de extensão de um programa orientado a objetos: para se efetivar uma extensão de um programa que utiliza polimorfismo, basta derivar novas subclasses de uma classe herdada, programando as modificações na nova classe. MODULARIDADE: Programas grandes e complexos: separação de conjuntos de módulos, cada um contendo classes com independência de funcionamento, podendo ser compilados independentemente. Separação entre interface (.h) e implementação (.cpp ou.cc) Modularizar consiste em decidir onde empacotar fisicamente classes e objetos presentes na estrutura lógica do programa. VISIBILIDADE E PROTEÇÃO DE CÓDIGO E DADOS: Um dos problemas da programação estruturada é a forma como são implementados,naquelas linguagens, os conceitos de visibilidade e proteção do código executável e dos dadosda aplicação, conforme definidos a seguir: Visibilidade (visibility) é a propriedade de um item de dado ou subprograma que determina quais as partes do código do programa em que pode ser referenciado. Proteção (protection) é a capacidade de um programa impedir que os dados1 de um subprograma sejam modificados de forma não prevista no próprio subprograma. Nas linguagens de programação convencionais, como Pascal ou COBOL, essas propriedadessão decorrentes da estrutura hierárquica do programa, não havendo mecanismos quepermitam atribuí-las de maneira seletiva. Por exemplo: uma variável global é visível em todosos subprogramas enquanto que uma variável local é visível apenas no subprograma onde édefinida. Não é dado nenhum tipo de proteção a uma variável global. À medida em que o porte e a complexidade dos sistemas aumentam, a aplicação das técnicas de programação estruturada pode conduzir a estruturas com centenas de subprogramas. Nessas dimensões, problemas não só de desenvolvimento mas, principalmente, de manutenção assumem proporções dramáticas. PERSISTÊNCIA E TIPIFICAÇÃO: Objetos persistentes são aqueles que permanecem existindo mesmo após o término da execução do programa. Associados à persistência estão o gerenciamento dinâmico da memória e o armazenamento de objetos em bases de dados. Página 6 de 7

7 Característica desejável em um modelo OO é a capacidade de distinguir os diferentes tipos de classe. Uso de um objeto de uma classe onde previa-se o uso de objeto de outra só permitido em condições controladas (conversões explícitas). UMA BREVE HISTÓRIA DAS LINGUAGENS ORIENTADAS A OBJETOS: A primeira linguagem de programação a implementar o conceito de classes, com o encapsulamento de dados e funções, foi Simula-67 [Dahl70] que é considerada a precursora das linguagem orientadas a objetos. Smalltalk-72 [Ingalls78], Ada [DoD83], C++ [Stroustrup86] e Eiffel [Meyer88] foram alguns desenvolvimentos importantes baseados nessa linguagem. Smalltalk-72 foi de grande importância para a difusão da programação orientada a objetos por ter sido a primeira, desse tipo, de uso geral e destinada a computadores pessoais. A linguagem Ada resultou de uma iniciativa do Departamento de Defesa Norte americano (DoD) visando a adoção de uma linguagem padrão para desenvolvimento de sistemas. Conserva características também de uma linguagem baseada em procedimentos, sendo uma linguagem de uso geral rica em recursos para desenvolvimento de sistemas em tempo real. A linguagem C++ incorpora recursos de orientação a objetos mantendo a compatibilidade com o padrão ANSI C já existente. Essa dualidade foi necessária em vista da enorme quantidade de programas em C já existentes e que não são orientados a objetos, porém tornou a programação em C++ menos segura do que numa linguagem 100% orientada a objetos. A principal característica da linguagem Eiffel, que a diferencia daquelas citadas anteriormente, é ser aplicável também às fases de análise e projeto de sistemas, oferecendo suporte a metodologia conhecida como "projeto por contrato"3. Ao contrário de Smalltalk, Ada, C++ e outras linguagens com padrões ANSI/ISO definidos, o desenvolvimento da linguagem Eiffel ainda é controlado por um pequeno consórcio, liderado pela empresa de seu criador. Talvez por isso, sua utilização ainda seja relativamente restrita. A linguagem Java, criada em 1995 pela empresa Sun Microsystems, representa uma nova geração de linguagens orientadas a objetos, derivada de C++. Se coloca como uma alternativa mais segura que C++, por manter uma forte semelhança com ela porém inteiramente aderente aos princípios de orientação a objetos. Outra característica importante, responsável por sua rápida popularização, é sua adequação ao desenvolvimento de sistemas distribuídos e sua integração com a Internet, onde é largamente empregada. Assim como ocorreu com a linguagem C, outras linguagens importantes baseadas em procedimentos, como Pascal e COBOL, já possuem suas extensões orientadas a objetos. Uma das motivações iniciais que contribuíram para promover o interesse pelas linguagens orientadas a objetos foi a maior possibilidade de reutilização de software oferecida pelas mesmas, através de bibliotecas de classes e "frameworks" orientados a objetos. A programação de interfaces gráficas (GUI) em ambientes do tipo Windows é um dos exemplos mais comuns de aplicação dessas técnicas. As chamadas linguagens visuais, como VisualBasic. Página 7 de 7